КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 23-24-00167

НазваниеНевыясненная роль эпифитных лишайников в цикле углерода лесных экосистем Сибири

РуководительМасягина Оксана Викторовна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ СО РАН), Красноярский край

Период выполнения при поддержке РНФ 2023 г. - 2024 г. 

Конкурс№78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни, 04-107 - Экология биосистем

Ключевые словалишайники-эпифиты, лиственница, многолетняя мерзлота, Арктика, парниковые газы, СО2, метан, криптогамные пленки, обмен веществ, углерод, бореальный, биопленки, изменение климата, Сибирь, лесные экосистемы, Cyanobacteria

Код ГРНТИ34.31.00

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Эпифитные лишайники (ЭЛ), являясь разновидностью криптогамного покрова, играют важнейшую роль в лесных экосистемах в силу своего широкого распространения и древней эволюции. Помимо экосистемных функций (например, ЭЛ способствуют сохранению биоразнообразия, выступая в качестве субстрата и среды обитания, а также участвуют в круговороте веществ и воды) ЭЛ могут вносить важный вклад в круговорот углерода (C), поскольку они доминируют на 8% земной поверхности. ЭЛ широко распространены в лесных экосистемах Сибири, в том числе в мерзлотных лиственничниках (биомасса ЭЛ в них оценивается в 492-3200 кг/га), уязвимость к изменению климата которых уже подтверждена. Проект направлен на изучение роли ЭЛ, населяющих различные древесные виды, в цикле C лесных экосистем Сибири в/вне области распространения многолетней мерзлоты. Предполагается, что ЭЛ могут оказывать двоякое влияние на цикл C экосистем. Во-первых, через обмен парниковых газов СО2 и СН4, поскольку ЭЛ, будучи комплексными мета-организмами, состоят из фотосинтетических ассоциаций зеленых водорослей и/или цианобактерий, гетеротрофной грибной ткани, и бактериального микробиома (включая археи), известных своей способностью, помимо СО2, выделять парниковый газ CH4. Во-вторых, через обмен фотосинтатами с аффилированным деревом. Вышеизложенное может оказать существенное влияние на оценки цикла С в условиях современных климатических изменений. В рамках проекта эти две гипотезы будут изучены следующим образом: (1) способность ЭЛ генерировать CH4 будет исследована при помощи инкубационного метода с добавлением 13C-меченого субстрата (13CO2), (2) процессы переноса C будут исследованы на примере парных образцов веточек лиственницы и ассоциированных с ними ЭЛ, меченных 13С в ходе экспериментов по обогащению 13СО2 крон взрослых деревьев лиственницы и отобранных в течение 3 вегетационных сезонов. Анализ изотопного состава С (δ13C) позволит обнаружить и количественно оценить предполагаемый перенос фотоассимилятов между деревьями-хозяевами и ЭЛ. Кроме того, проект существенно улучшит профессиональные компетенции, навыки и научные коммуникации соискателей. Актуальность. Современные механистические модели цикла С не отражают вклад ЭЛ в цикл С в силу его слабой изученности. Следовательно, понимание неоднозначной роли ЭЛ, входящих в состав криптогамного покрова древесных растений, в цикле С (эмиссии CO2 и возможные эмиссии метана (CH4)) в мерзлотных и немерзлотных экосистемах Сибири поможет уточнить прогнозные оценки влияния климатических изменений на лесные экосистемы. Кроме того, данный проект отвечает современным вызовам и соответствует приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники в Российской Федерации, а именно может быть использован при разработке и дополнении Стратегии низкоуглеродного развития России как важная часть «карбоновых полигонов» для оценки способности лесов РФ секвестрировать С. Новизна. В ходе реализации первой части проекта будет впервые оценена способность бореальных ЭЛ продуцировать СН4. Скорость эмиссии CH4 будет определяться для разных видов ЭЛ в ходе инкубационных экспериментов при различной дневной/ночной температуре окружающей среды с внесением меченного 13СО2 в качестве субстрата для ЭЛ. Во второй части проекта будут получены новые данные по переносу С между деревьями лиственницы и ЭЛ, произрастающих в условиях чувствительной к климатическим изменениям мерзлотной и немерзлотной зоны Сибири. Это будет достигнуто при помощи новаторского аналитического подхода для изучения ЭЛ — анализа δ13C и содержания C% в ЭЛ и парных им веточек, полученных в результате внесения метки 13CO2 в кроны взрослых деревьев лиственницы. Результатом исследования станет понимание того, как осуществляется взаимный перенос С между деревьев и ЭЛ, в каких масштабах, какова сезонность и временное варьирование этого процесса (в течение 3 лет) в районе исследования. Кроме того, данный проект имеет большой потенциал в прояснении роли ЭЛ в механизмах адаптации древесных растений к изменению климата.

Ожидаемые результаты
Реализация проекта будет способствовать пониманию экосистемных функций ЭЛ в бореальных лесах, а именно цикла С в немерзлотных и мерзлотных лесных экосистемах Сибири, благодаря полученным новым знаниям о способности ЭЛ продуцировать CH4 и их коммуникации с деревьями. В результате реализации проекта будут получены следующие основные результаты: (1) Оценка способности ЭЛ генерировать СН4 будет исследована при помощи инкубационного метода с внесением субстрата, меченного 13С, например, 13СО2. (2) Процессы транспорта С будут исследованы на примере парных образцов веточек лиственницы и ассоциированных с ними ЭЛ, меченных 13С в ходе экспериментов по обогащению 13СО2 крон взрослых деревьев лиственницы и отобранных в течение трёх лет после внесения метки. При помощи анализа изотопного состава С (δ13C) станет возможным обнаружение и определение объема предполагаемого транспорта фотоассимилятов от деревьев-хозяев в ЭЛ, его сезонная динамика и межгодовая изменчивость. Таким образом, данный проект по изучению обмена питательными веществами между древесными растениями и ассоциированными с ними ЭЛ имеет большой потенциал в прояснении роли ЭЛ в механизмах адаптации древесных растений к изменению климата, а также в изучении способности ЭЛ продуцировать метан и последующей оценке эмиссии СН4 лишайниками-эпифитами в мерзлотных и немерзлотных экосистемах Сибири. Ожидается, что полученные данные будут использованы для уточнения моделей и прогнозов влияния климатических изменений на лесные экосистемы высоких широт.

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
В ходе первого года реализации проекта был проведен сбор материала - эпифитных лишайников с корой - на территории Эко-Парка «Гремячая Грива» г. Красноярска (в трех местообитаниях (А, В, C) вдоль 3-км трансекта с наиболее однообразными по морфологии 12 модельными деревьями) для последующего проведения инкубационных экспериментов с лишайниками-эпифитами с целью оценить их метан-генерирующую способность. В результате 3-х инкубационных экспериментов при разных световых и температурных режимах с внесением метки стабильного изотопа 13С были получены временные ряды данных потоков СО2 и СН4, на которых был проведен анализ данных. Выполненные исследования указывают на потенциальную способность лишайников-эпифитов выделять CH4, если они находятся в увлажненном состоянии, что может происходить в естественных условиях после выпадения осадков на протяжение всего года. Экспозиция лишайников-эпифитов на стволе дерева-хозяина играет важную роль, поскольку потоки парниковых газов могут значительно (до 2-х раз как показали инкубационные эксперименты) отличаться; например, между лишайниками западной и северной экспозиции. Выявлено, что потоки CO2 являются видоспецифичными при одинаковой влажности лишайников. Полученные результаты указывают на важность и необходимость включения лишайников-эпифитов в существующие модели цикла углерода в лесных экосистемах и оценке их вклада, а также того, как они реагируют на текущее и прогнозируемое изменение климата. При этом, при включении в модели, для более точной оценки роли эпифитных лишайников в цикле C лесных экосистем и их реакции на текущие и прогнозируемые климатические изменения, следует учитывать потоки парниковых газов от доминирующих лишайников-эпифитов, их экспозицию на стволе форофита, а также изменчивость потоков парниковых газов с их поверхности в течение суток. Кроме того, характер выбросов или поглощения парниковых газов эпифитными лишайниками может меняться из-за климатических изменений, изменения режима осадков (например, более частых экстремальных дождей и засух). Скорость выделения CH4 в атмосферу будет выше в более влажные периоды. Результаты первых двух инкубационных экспериментов доложены на X Съезде общества физиологов растений России и Всероссийской научной конференции с международным участием «Биология растений в эпоху глобальных изменений климата» (Уфа, 18-23 сентября 2023 г.) https://ufa2023.ofr.su/AbstractCongressUfa2023.pdf. DOI: 10.31163/978-5-6047532-1-7, EDN: DKVVYF.

 

Публикации

1. Масягина О.В., Евграфова С.Ю., Сиделева Е.В., Ситникова М.В., Ковалева Н.М., Меняйло О.В., Матвиенко А.И. Изучение эпифитных лишайников: области исследования, охват, перспективы. X Съезд общества физиологов растений России и Всероссийская научная конференция с международным участием «Биология растений в эпоху глобальных изменений климата» (Уфа, 18-23 сентября 2023 г.): тезисы докладов. Уфа: УИБ УФИЦ РАН, Уфа: УИБ УФИЦ РАН, 2023, 422с. C. 241 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.31163/978-5-6047532-1-7

2. Матвиенко А.И., Евграфова С.Ю., Сиделева Е.В., Ситникова М.В., Ковалева Н.М., Меняйло О.В., Масягина О.В. Потоки метана и диоксида углерода с поверхности эпифитных лишайников: инкубационные эксперименты. X Съезд общества физиологов растений России и Всероссийская научная конференция с международным участием «Биология растений в эпоху глобальных изменений климата» (Уфа, 18-23 сентября 2023 г.): тезисы докладов. Уфа: УИБ УФИЦ РАН, Уфа: УИБ УФИЦ РАН, 2023, 422с. C. 242 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.31163/978-5-6047532-1-7